CN1708652A - 变速器 - Google Patents

Abstract

本发明的变速器包括：在截面为圆形的第1轴体的外周面上沿圆周方向具有第1重复数的第1槽(12A)的第1外辊(10)，在截面为圆形的第2轴体的外周面上沿圆周方向具有重复数为与第1重复数不同的第2重复数的第2槽(22A)的第2外辊(20)，在内径面上具有沿圆周方向隔开间隔并沿轴向延伸的多个槽(30A)的圆筒状的内辊(30)。第1外辊(10)和第2外辊(20)分别经由位于第1槽(12A)内的多个滚珠(32)和位于第2槽(22A)内的多个滚珠(32)而与内辊(30)相对。

Description

变速器

技术领域

本发明涉及变速器，特别涉及滚珠式变速器。

背景技术

这种变速器有各种类型的提案，下面说明其中几个例子。

第1例为具有以下部件的减速器：输入旋转轴；第1及第2环形凸轮槽，在该输入旋转轴的外周面沿轴心线方向隔开、分别以轴心线方向为纵轴、以圆周方向为横轴的周期函数地弯曲而形成的；圆筒体，被安装在输入旋转轴的外侧，并与输入旋转轴同心圆地旋转自由；第3环形凸轮槽和第4环形凸轮槽，前者是在该圆筒体的内周面上与第1环形凸轮槽相对置的部分上、与第1环形凸轮槽一样周期函数地、以与第1环形凸轮槽相等的振幅值弯曲而形成的，后者是在上述圆筒体的内周面上与第2环形凸轮槽相对置的部分上、与第2环形凸轮槽一样周期函数地、以与第2环形凸轮槽相等的振幅值弯曲而形成的；转动体，分别位于第1环形凸轮槽与第3环形凸轮槽之间且两凸轮槽交叉的位置、以及第2环形凸轮槽与第4环形凸轮槽之间且两凸轮槽交叉的位置上；静止的第1保持部件，沿轴心线方向移动自由地保持位于第1环形凸轮槽与第3环形凸轮槽之间的转动体；第2保持部件，沿轴心线方向移动自由地保持位于第2环形凸轮槽与第4环形凸轮槽之间的转动体，并且自身以轴心线为中心旋转自由地被支撑着；输出旋转轴，与该第2保持部件相连接。

即，在该第1例中，在与输入轴相连的大径部上有第1、第2环形凸轮槽，第1环形凸轮槽通过转动体即滚珠与第1保持部件相连，第2环形凸轮槽通过转动体即滚珠与同输出轴相连的第2保持部件相连(例如参照日本特开昭59-180153号公报)。

第2例为由以下部件构成的杯形无齿轮变速装置(例如参照日本特开昭60-179563号公报)：2个轴，都被旋转自由地支撑在同一轴线上；内筒，被固定在一根轴的端部；外筒，被固定在另一根轴的端部、与内筒的外周面相邻；同为环形的倾斜槽和多个正弦波槽，前者被设置在内筒与外筒相对的两个面中的某一个面上，后者被设置在另一个面上；导向筒，沿等角度轴线方向穿有与正弦波槽的数量不同的多个狭长窗，旋转自由地被插入内筒与外筒的间隙中；滚珠，旋转自由地逐个被插入到导向筒的各个狭长窗内，而与倾斜槽和正弦波槽相卡合。

但是，由于在第1例中需要在圆筒体的内周面上形成2条弯曲的槽，而在第2例中也需要在外筒的内周面上形成弯曲的槽，因此难以加工，要花费劳力和时间。

而在第2例中，需要在滚珠的转动面上设置滚珠入口塞。并且，如果在转动面上存在入口塞所致的台阶的话，则会成为滚珠寿命缩短的原因。

发明内容

因此，本发明的目的是要提供一种加工比较简单的变速器。

本发明的另一个目的是要提供一种组装比较简单而且能延长滚珠寿命的变速器。

本发明的变速器包括：第1辊，在截面为圆形的第1轴体的外周面上沿圆周方向具有第1重复数的第1槽；第2辊，在截面为圆形的第2轴体的外周面上沿圆周方向具有重复数为与上述第1重复数不同的第2重复数的第2槽；圆筒状的第3辊，在内径面上具有沿圆周方向隔开间隔并沿轴向延伸的多个槽。第1辊和第2辊分别经由位于第1槽内的多个第1转动体和位于第2槽内的多个第2转动体而与第3辊相对。

在本变速器中，在第3辊的多个槽内分别配置有保持一个第1转动体和第2转动体并可沿轴向滑动的保持器(リテ一ナ一)。

在本变速器中，还可以在保持器与第3辊之间设置滑动部件。此时，滑动部件可以是滚动单元，也可以采用使第1和第2转动体兼作滑动部件的结构。并且，滑动部件也可以通过对保持器与第3辊相对的部分的至少一个进行例如通过电镀而由降低摩擦的材料涂覆来实现。

在本变速器中，当第1辊为输入轴时，第3辊和第2辊中的一个被固定，而另一个作为输出轴。

在本变速器中，第1重复数用K_S表示，第2重复数用K_S·K_I表示，多个槽的最大数量用K_S(K_I±1)表示。

在本变速器中，第1、第2辊优选分别为中空的。

在本变速器中，第1、第2槽的形状优选正弦波或三角波形状等对称形状，但也可以是非对称的形状。并且，第1、第2槽各自的截面形状优选单纯的圆弧形状、轴承圆弧形状或三角形形状中任意一个。

附图说明

图1是表示本发明的优选实施形态的轴摆动型滚珠减速器的取掉外壳的外观图。

图2是图1的分解图。

图3是用来说明在滚珠配置A及内辊固定的情况下、图2所示的第1及第2外辊上形成的第1及第2槽与内辊上设置的保持器以及保持在该保持器上的滚珠的位置关系的图。

图4是用来说明在滚珠配置A及第2外辊固定的情况下、图2所示的第1及第2外辊上形成的第1及第2槽与内辊上设置的保持器以及保持在该保持器上的滚珠的位置关系的图。

图5是用来说明在滚珠配置B及内辊固定的情况下、图2所示的第1及第2外辊上形成的第1及第2槽与内辊上设置的保持器以及保持在该保持器上的滚珠的位置关系的图。

图6是用来说明在滚珠配置B及第2外辊固定的情况下、图2所示的第1及第2外辊上形成的第1及第2槽与内辊上设置的保持器以及保持在该保持器上的滚珠的位置关系的图。

图7是表示在图3～图6的各情形下第1、第2外辊及内辊的转速与减速比之间的关系的图。

图8是表示图2所示的第1、第2槽中、特别是第2槽的形状的第1例的图。

图9是表示图2所示的第1、第2槽中、特别是第2槽的形状的第2例的图。

图10是表示图2所示的第1、第2槽中、特别是第2槽的形状的第3例的图。

图11(a)～(c)是表示图2所示的第1、第2槽的截面形状的几个例子的图。

图12(a)～(d)是用来说明本发明使用的保持器的另外几个例子的图。

图13是用来说明图12(a)、图12(b)所示的保持器上形成的滚珠座部的形状的剖面图。

图14是用来说明图12(d)所示的保持器上形成的滚珠座的形状的剖面图。

图15表示将本发明的减速器收容到外壳内的实机结构。

具体实施方式

参照图1、图2对本发明的优选实施例的轴摆动型滚珠减速器(以下简称为“滚珠减速器”)进行说明。如图1所示，本滚珠减速器的基本结构由第1外辊(第1辊)10和第2外辊(第2辊)20以及内辊(第3辊)30构成。在本实施例中，第1外辊10为输入轴，第2外辊20、内辊30中的一个为输出轴，另一个为固定轴。

如图2的分解图所示，第1外辊10包括靠近输入侧的第1圆筒体11和直径比其小、靠近输出侧的第2圆筒体12。在第2圆筒体12的外径部分上形成有第1重复数K_S的第1槽12A并沿圆周方向延伸。第2外辊20包括靠近输出侧的第1圆筒体21和直径比其小、靠近输入侧的第2圆筒体22。在第2圆筒体22的外径部分上形成有宽度实际上与第1槽12A相等、第2重复数K_S·K_I的第2槽22A并沿圆周方向延伸。另外，所谓重复数是指本例中的第1、第2槽12A、22A为振幅呈周期性地改变的正弦波等周期函数的波形的槽，1周即360度中振幅的最大值反复的次数。另外，第1圆筒体11与第2圆筒体12、以及第1圆筒体21与第2圆筒体22的直径的大小关系也可以相反。

内辊30也为圆筒体，具有可嵌入第2圆筒体12、22的内径，在内径部分形成有多个沿圆周方向隔开相等的间隔、沿轴向方向延伸的槽30A。槽30A的数量最多仅设置有K_S(K_I-1)或K_S(K_I+1)个。在各槽30A中设置有可以沿其滑动的保持器31。保持器31仅可以沿槽30A滑动，互相之间不制约。每个保持器31沿轴向方向隔开间隔地保持2个旋转体，这里为滚珠32。并且，保持器31所保持的2个滚珠32中的一个可以在第2圆筒体12的第1槽12A上转动，另一个可以在第2圆筒体22的第2槽22A上转动。保持器31不仅具有保持滚珠32的功能，还具有承受通过2个滚珠32而作用的拉伸/压缩力的功能。

另外，如后述的那样，这样的结构体被收容到外壳内，用轴承等约束第1、第2外辊10、20、内辊30沿轴向方向的移动。当然，第1、第2外辊10、20、内辊30被组装成同心状。

并且，只要能够保持n×360°/[K_S(K_I±1)](n为正整数)的间隔，理论上内辊30的槽30A的数量，即保持器31的数量可以是任意个。以后，将上述公式中的符号±为-的情况定义为配置A，将为+的情况定义为配置B。

下面参照图3～图6列举具体的实施例来说明动作原理。

作为第1实施例，根据第1槽12A的重复数为1、第2槽22A的重复数为16时(即K_S＝1，K_I＝16)的圆周方向的展开图进行说明。

将内辊30的槽30A的间隔为n×360°/[K_S(K_I-1)](配置A)时的实施例表示在图3、图4中，将间隔为n×360°/[K_S(K_I+1)](配置B)时的实施例表示在图5、图6中。

在配置A中、固定内辊30时(图3)，即沿圆周方向固定保持器31时，由于随着作为输入轴的第1外辊10旋转1/4转、1/2转，通过第1槽12A使保持器31和滚珠32沿轴向摆动，滚珠32在第2外辊20的第2槽22A内转动，因此第2外辊20与第1外辊10同方向地旋转1/64转、1/32转。此时，减速比1/i变成1/K_I。

而在配置中、固定第2外辊20时，只要将图3在下侧的2个状态图整体向右移动以使第2外辊20不动即可，因此就变成图4所示的状态。此时，与第1外辊10旋转(16-1)/64转、(16-1)/32转相对，保持器31、即内辊30的旋转变成逆转，旋转-1/64转、-1/32转。即，减速比1/i变成-1/(K_I-1)。

在配置B中、固定内辊30时(图5)，随着作为输入轴的第1外辊10旋转1/4转、1/2转，第2外辊20与第1外辊10相反方向地旋转-1/64转、-1/32转。此时，减速比1/i变成-1/K_I。

而在固定第2外辊20的情况下，只要将图5下侧的2个状态图整体向左移动以使第2外辊20不动即可，因此就变成图6所示的状态。此时，与第1外辊10旋转(16+1)/64转、(16+1)/32转相对，保持器31、即内辊30同方向地旋转1/64转、1/32转。即，减速比1/i变成1/(K_I+1)。

图7为表示第1、第2外辊10、20及内辊30的转速与减速比的关系的图。

虽然以上就本发明的优选实施例进行了说明，但本发明并不局限于上述实施例，可以做以下的变更。

虽然使第1、第2外辊10、20分别为中空圆筒状的形状，但也可以是没有中空的截面为圆形的轴体。

虽然第1、第2槽12A、22A为图8所示的正弦波形，但也可以是图9所示的三角波形状等对称形状，或图10所示的非对称形状。在图9所示的三角波形状的情况下，可以使压力角为一定，也可以使滚珠所受的负载变动为一定。而第1、第2槽12A、22A的截面形状虽然可以是图11(a)所示的单纯的圆弧形状、图11(b)所示的轴承圆弧形状、图11(c)所示的三角形状中的任一种，但特别是在为轴承圆弧形状和三角形状的情况下容易获得所希望的对滚珠的压力角，因此具有提高耐载重性的优点。

并且，保持器31本身优选用容易滑动的材料构成或者用容易滑动的材料涂覆而成。

下面参照图12说明具有保持滚珠32和承受拉伸/压缩力的功能的保持器的其他例。图12(a)表示在内辊30与保持器31-1之间设置滚动单元51作为滑动部件的第1例。虽然这里在保持器31的与内辊30的截面呈四边形的槽30A的内壁相对置的3个侧面上分别设置滚动单元51，但也可以至少在与槽30A的底壁相对置的侧面设置。

图12(b)表示在内辊30与保持器31-2之间设置滚动单元52作为滑动部件的第2例，但这里将滚动单元52配置在与滑动方向平行的与保持器31-2的2个角部对应的位置上。因此，在内辊30的内壁及保持器31-2的2个角部上分别形成有沿轴向延伸的用来收容滚动单元52的曲面状的凹部30a、31-2a。

另外，在上述第1、第2例的任一个中，滚动单元可以使用例如由滚柱构成的或由保持器保持多个滚珠的部件。

并且，如图13所示，在第1、第2任一例中，形成在用来收容滚珠32的保持器31-1、31-2上的座部31-11、31-21的截面形状不仅可以是半径相同的圆弧状，而且可以是像图11(b)说明过的那样使中心不同的圆弧相对置的形状。当然，该座部31-11、31-21的形状只要是用通过座部的中心线的平面截取的断面，无论哪个断面的形状都是相同的。如果采用这样的座部，能够根据滚珠32的大小自由地选择接触半径。

而且，座31-11、31-21使用切削工具而形成，但考虑到切削工具的前端部的退刀槽，优选在座部31-11、31-21的最里面再形成凹部31-12、31-22。向座部31-11、31-21内注入润滑剂时，该凹部31-12、31-22可以作为其贮存部而使用。

有关滚珠32的座部的上述说明，在图2所说明的保持器31的情况下也一样。

图12(c)、图12(d)表示使上述滑动部件兼作滚珠32使用的结构的第3、第4例。

在图12(c)中，保持器31-3的宽度比滚珠32的直径小，形成用来保持滚珠32的座部31-31。座部31-31的截面形状可以是半径相同的圆弧状或球面形状。而形成于内辊30上的槽30A包括用来收容保持器31-3的截面为四边形的部分30A-1和用来承受滚珠32的一部分的曲面形状的部分30A-2。当然，这种由截面为四边形的部分30A-1和曲面形状的部分30A-2构成的槽30A被形成为沿轴向延伸。在本例中也在槽30A的底部与保持器31-3之间配置有滚动单元53而作为滑动部件。

另外，上述第1～第3例中的滚动单元51～53当然也可以用其他的众所周知的滑动部件实现。例如，滑动部件也可以通过对保持器与内辊30相对的部分的至少一个进行例如通过电镀而由降低摩擦的材料涂覆来实现。

在图12(d)中，保持器31-4的宽度比滚珠32的直径小，用于保持滚珠32的座部31-41贯穿保持器31-4的主体地形成。即，使滚珠32的上部的一部分和下部的一部分露出地形成。座部31-41的截面形状如图14所示，不单是贯通孔，而是使直径向着上部，即靠近内辊30一侧的上端面逐渐减小地形成。通过使座部31-41成为这样的截面形状，能够使其具有与用保持器31-4保持滚珠32相反的、保持保持器31-4的功能。即，当使座部31-41为单纯的贯通孔时，本应保持在内辊30的槽30A内的保持器31-4向外辊一侧落下。但是，通过使座部31-41为上述形状，能够防止保持器31-4的落下。

而形成于内辊30上的槽30A包括用来收容保持器31-4的截面为四边形的部分30A-3和用来容纳滚珠32的一部分的曲面形状的部分30A-4。当然，这种由截面为四边形的部分30A-3和曲面形状的部分30A-4构成的槽30A被形成为沿轴向延伸。也可以根据需要，在曲面形状的部分30A-4上沿轴向设置与第1、第2例说明过的凹部31-12、31-22相同的凹部而作为润滑剂的贮留部。另外，槽30A也可以仅用截面为没有四边形部分30A-3的曲面形状部分30A-4实现。即，也可以仅用曲面形状部分的槽30A来只支撑滚珠32。

在上述第3、第4例中，由于滚珠32在槽30A内转动，所以可以说滚珠32兼作滑动部件，但在第4例中也可以在保持器31-4与内辊30之间配置滚动单元。

并且，在第3、第4例中，由于滚珠32承受切线方向的力(与图示的内辊30的内径相切的切线方向的力)，因此相应地能够减轻作用在保持器31-3、31-4上的负荷。

在以上的4个例子中，第3、第4例具有如上所述能够减轻作用在保持器31-3、31-4上的负载的优点，其中第4例与第1～第3例相比结构简单，而且使承受拉伸/压缩力的截面积为2倍左右，因此最有效。

图15表示将结构与图2所示的结构相同的减速器收容到外壳内的实机结构。这里，为了使第1外辊10的制作容易，用螺栓61将靠近输入侧的第1圆筒体11与直径比第1圆筒体大的靠近输出侧的第2圆筒体12′固定。在第2圆筒体12′的外径部分上沿周向延伸地形成第1槽12A。在第1圆筒体11上用图中没有示出的螺栓固结着输入轴100。为了使制作容易，第2外辊20也用螺栓62将整体地具有输出轴200的圆形板21′和靠近直径比圆形板21′大的输入侧的第2圆筒体22′固定。在第2圆筒体22′的外径部分上沿周向延伸地形成有第2槽22A。在内辊30的输入侧连接有由轴承支撑环111和盖板112构成的输入侧外壳110，在输出侧安装有由轴承支撑环211和安装用板212构成的输出侧外壳210。轴承支撑环111用螺栓63固结在内辊30上，盖板112用螺栓64固结在轴承支撑环111上。而轴承支撑环211用螺栓65固结在内辊30上，安装用板212用螺栓66固结在轴承支撑环211上。

在输入轴100与输入侧外壳110之间设置有油封120。而在输出轴200与轴承支撑环211之间设置有交叉滚子支承导轨220以便承受推力方向或径向的负载。并且，在输出轴200与安装用板212之间配置有O型环225。

本发明的变速器具有以下效果。

(1)加工比较简单。这是因为无需像上述第1例或第2例那样在第1、第2外辊的内径部分形成具有重复数的槽。

(2)组装比较简单，能够延长滚珠的寿命。这是因为无需像第2或第3例那样在滚珠的转动面上设置滚珠入口塞，不会产生台阶。

(3)适用于第1、第2外辊为中空时的情况，特别适用于构成机器人的臂那样的部件。

产业上的可利用性

本发明可以适用于所有的减速器，特别适用于机器人的臂或自动工具更换装置等要求精确控制的用途的驱动装置。

Claims (9)

1.一种变速器，其特征在于，包括：第1辊，在截面为圆形的第1轴体的外周面上沿圆周方向具有第1重复数的第1槽；第2辊，在截面为圆形的第2轴体的外周面上沿圆周方向具有重复数为与上述第1重复数不同的第2重复数的第2槽；圆筒状的第3辊，在内径面上具有沿圆周方向隔开间隔并沿轴向延伸的多个槽，

上述第1辊和上述第2辊分别经由位于上述第1槽内的多个第1转动体和位于上述第2槽内的多个第2转动体而与上述第3辊相对。

2.如权利要求1所述的变速器，其特征在于，在上述第3辊的多个槽内分别配置有保持一个上述第1转动体和上述第2转动体并可沿上述轴向滑动的保持器。

3.如权利要求2所述的变速器，其特征在于，在上述保持器与上述第3辊之间设置有滑动部件。

4.如权利要求3所述的变速器，其特征在于，上述滑动部件为滚动单元。

5.如权利要求3所述的变速器，其特征在于，上述第1和第2转动体兼作上述滑动部件。

6.如权利要求1～5中任一项所述的变速器，其特征在于，当上述第1辊为输入轴时，上述第3辊和上述第2辊中的一个被固定，而另一个作为输出轴。

7.如权利要求1～6中任一项所述的变速器，其特征在于，上述第1重复数用K_S表示，上述第2重复数用K_S·K_I表示，上述多个槽的最大数量用K_S(K_I±1)表示。

8.如权利要求1～7中任一项所述的变速器，其特征在于，上述第1、第2辊分别是中空的。

9.如权利要求1～8中任一项所述的变速器，其特征在于，上述第1、第2槽具有正弦波或三角波形状等对称形状。

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